1、Chap 2流体输送机械流体输送机械 2.1 概述 2.2离心泵 2.2.1离心泵的工作原理离心泵的工作原理 2.2.2离心泵的主要部件离心泵的主要部件 2.2.3离心泵的主要性能参数离心泵的主要性能参数 2.2.4离心泵的特性曲线离心泵的特性曲线 2.2.5离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节 2.2.6离心泵的气蚀现象与安装高度离心泵的气蚀现象与安装高度 2.2.7离心泵的类型与选用离心泵的类型与选用 2.3其他类型化工用泵 2.3气体输送机械2.1概述 流体输送机械的类型：1.离心式：离心泵、离心鼓风机、离心压缩机；离心泵、离心鼓风机、离心压缩机；2.正位移式：往复泵、齿轮泵
2、、罗茨风机、往复真往复泵、齿轮泵、罗茨风机、往复真空泵、往复压缩机；空泵、往复压缩机；3.离心正位移式：旋涡泵、轴流泵、轴流风机旋涡泵、轴流泵、轴流风机 气体的输送：鼓风机、压缩机、真空泵；鼓风机、压缩机、真空泵；液体的输送：离心泵、旋涡泵、往复泵；离心泵、旋涡泵、往复泵；固体的输送：鼓风机、压缩机鼓风机、压缩机2.2.1离心泵的工作原理离心泵的工作原理 电机启动后，泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心处被甩到叶轮外围，以高速度流入泵壳，在蜗形通道内，动能转变为静压能。液体以较高的压力，输送到所需的场所。气缚现象气缚现象（air bi
3、nding)2.2.2离心泵的主要部件一.旋转部件：叶轮、转轴二.静止部件：吸入室、蜗壳叶轮：开式叶轮；半开式叶轮；闭式叶轮图图2-1 叶轮的类型叶轮的类型2.2.2离心泵的主要部件离心泵的主要部件图图2-2 吸液方式吸液方式图图2-3离心泵基本结构离心泵基本结构2.2.2离心泵的主要部件离心泵的主要部件清水泵油泵卧式离心泵计量泵多级离心泵热水泵卫生泵卫生泵叶轮叶轮防爆药液离心泵防爆药液离心泵 2.2.3离心泵的主要性能参数 流量：单位时间内泵所输送的液体体积，m3/h 扬程：流体通过离心泵所获得的有效能量,m gpphHVM0图图2-4压头的测定压头的测定例题：某离心泵用20清水测定扬程H。
4、测得流量为720m3/h,泵出口压力表读数为0.4MPa,泵吸入口处真空读数为-0.028mPa,压力表与真空表间垂直距离为0.41m.解：泵的扬程为mhpMPapmkgVM41.0,028.0,4.0,/2.9983mH1.4481.92.998)108.2(10441.045 轴功率：电动机传给泵轴的功率（W）有效功率e:单位时间内液体从泵中叶轮所获得的有效能量。e=gHQ 效率：有效功率与轴功率之比。e泵内造成功率损失的原因：水力损失；容积损水力损失；容积损失；机械损失失；机械损失 2.2.3离心泵的主要性能参数2.2.4离心泵的特性曲线特性曲线：额定转数和标准状态下时，离心泵的 H、N
5、、与Q的关系曲线。图图2-5某离心水泵的特性曲线某离心水泵的特性曲线一一.离心泵的转速对特性曲线的影响离心泵的转速对特性曲线的影响 比例定律：二二.叶轮直径对特性曲线的影响叶轮直径对特性曲线的影响切割定律:1212nnQQ21212nnHH31212nnNN1212DDQQ21212DDHH31212DDNN2.2.4离心泵的特性曲线三三.液体粘度对特性曲线的影响液体粘度对特性曲线的影响 ，Q、H ，N ，；原因：原因：(1)，h hf f ,H ；(2),u ,u ,Q ；(3),叶轮前后能量损失叶轮前后能量损失，N ；四四.液体密度对特性曲线的影响液体密度对特性曲线的影响 (1)Q不变。不
6、变。Q与泵出口截面有关。与泵出口截面有关。(2)H不变。不变。F离心力离心力 ,p2-p1 (p2-p1)/g 与与 无关无关 ,H (p2-p1)/g (3),N 2.2.5 离心泵的工作点与流量调节离心泵的工作点与流量调节一、管路特性曲线一、管路特性曲线fHgugpZH 22 定值定值gpZ 022 gufHHH 0gudllHef2)(2 24dQu 2452)(8QddllgHef 2kQ 20kQHH 二、工作点二、工作点QH泵特性曲线泵特性曲线管路特性曲线管路特性曲线工作点工作点gpzH0例题：例题：在内径为在内径为150mm、长度为、长度为280m的管路系统中，用离的管路系统中，
7、用离心泵输送清水。已知管路局部阻力心泵输送清水。已知管路局部阻力的当量长度为的当量长度为85m,摩擦系摩擦系数数可取为可取为0.03。离心泵特性特性曲线如附图所示。若。离心泵特性特性曲线如附图所示。若z+z+p/g为为20m(水柱），试求离心泵的工作点。水柱），试求离心泵的工作点。解：解：已知已知 d=0.15m,l=280m,le=85m,=0.03=0.03管路特性系数：管路特性系数：得到：得到：在附图上标绘出管路特性曲线，与离心泵特性曲线的交点，即在附图上标绘出管路特性曲线，与离心泵特性曲线的交点，即工作点的流量工作点的流量Q=74mQ=74m3 3/h./h.扬程扬程H H为为25m2
8、5m（水柱）。（水柱）。11930852dllgke2201193020QkQHH1.改变阀门开度改变管路特性曲线，操作方便，但增加能量损失。2.改变泵的转速改变泵的特性曲线，无附加能量损失，比较经济。三三.流量调节流量调节图图2-6改变阀门开度调节流量改变阀门开度调节流量图图2-7改变叶轮转速调节流量改变叶轮转速调节流量泵的串联、并联操作泵的串联、并联操作2.2.6离心泵的汽蚀现象与安装高度 汽蚀：当叶轮入口最低压力点处的压力，降到液体在此处温度下的饱和蒸气压pv时，液体将有部分汽化，生成大量气泡。气泡破裂，冲击叶轮，发生噪音，引起震动，使叶轮破损，这种现象，称为气蚀。图图2.8离心泵吸液示
9、意图离心泵吸液示意图 有效汽蚀余量ha 必需汽蚀余量hr 允许汽蚀余量h h=hr+0.3mgpgugphva2211气蚀余量气蚀余量ha有有效效气气蚀蚀余余量量h允许允许气蚀气蚀余量余量hr必需必需气蚀气蚀余量余量饱和蒸气压饱和蒸气压pv/g泵入口处压头泵入口处压头gugp2211 最大允许安装高度fvgHhgpgpH0maxfavgHhgpgpH0Hg增大，有效气蚀余量减小。当增大，有效气蚀余量减小。当ha与允许气蚀与允许气蚀余量余量h相等时，此时为最大允许安装高度相等时，此时为最大允许安装高度Hgmax例题例题：某台离心水泵，从样品上查得汽蚀余量：某台离心水泵，从样品上查得汽蚀余量h=2
10、m(h=2m(水水柱）。现用此泵输送敞口水槽中柱）。现用此泵输送敞口水槽中4040清水，若泵吸入口清水，若泵吸入口距水面以上距水面以上4m4m高度处，吸入管路的压头损失为高度处，吸入管路的压头损失为1m,1m,当地当地环境大气压力为环境大气压力为0.1MPa0.1MPa。试求该泵的安装高度是否合适？。试求该泵的安装高度是否合适？解解：4040水的饱和蒸气压水的饱和蒸气压p pv v=7.377kPa,=7.377kPa,=992.2kg/m3,=992.2kg/m3,已知已知p p0 0=100kPa,=100kPa,H Hf f=1m,=1m,h=2m,h=2m,代入上式：代入上式：mHhg
11、ppHfvg51.61281.93.99210377.710030max实际安装高度实际安装高度H Hb b=4m,=4m,小于小于6.516.51米，故合适米，故合适。2.2.7离心泵的选用 选择步骤选择步骤：一.确定输送系统的流量与压头二.选择泵的类型与型号三.较核泵的特性参数四.计算泵的安装高度 例题：如图所示，需安装一台泵，将流量45m3/h，温度20的河水输送到高位槽，高位槽水面高出河面10m,管路总长度为15m.试选一台离心泵，并确定安装高度。解：流量Q=45m3/h,=998.2kg/m3=1.00510-3Pa.s,选管内流速为2.5m/s,估算管内径d=0.08m,选88.5
12、mm4mm水煤气管，内径为d=80.5mm.则 u=Q/0.785d2=2.46m/s,Re=du/=1.97105 图图2.9 例题例题水柱）(43.881.9246.2420703000805.015028.0222mgudllHef以河面为基准面，在1-1和2-2截面列伯努利方程，得扬程 H=Z+Hf=10+8.43=18.4m=0.35mm,/d=0.35/80.5=0.0043,查表=0.028，截止阀（全开）le/d=300,两个弯头le/d=352=70，带滤水器的底阀le/d=420根据已知流量Q=45m3/h 和扬程H=18.4m,可从离心泵规格表中选用型号为IS80-65-
13、125的泵。其允许汽蚀余量h=2.5m-3.5m,因h随流量增大而增大，计算泵的最大允许安装高度Hgmax时，应选取最大流量下的h。这里取h=3.5m20水的饱和蒸气压pv=2.335kPa,当地环境的大气压力p0=101.3kPa,吸入管长l=5m.吸入管压头损失泵的最大允许安装高度泵的实际安装高度Hg应小于2.13m,这里取1.5m.47.481.9246.2354200805.05028.0222gudldlHef13.247.45.381.92.99810335.23.10130maxfvgHhgppH2.3其他类型化工用泵2.3.1往复泵2.3.2齿轮泵2.3.3旋涡泵定义:利用活塞
14、的往复运动将能量传递给液体,以完成液体输送任务的装置特点:输送压力高、流量小、计量准确、流量随压力变化不大类型：2.3.1往复泵图图2.10往复泵类型示意往复泵类型示意2.3.1往复泵图图2.11往复泵实例图往复泵实例图扬程：扬程与流量几乎无关。在高扬程时，由于容积效率降低，流量稍有减小流量调节：泵的出口阀门开度不能调节流量，采用旁路调节；改变原动机转速；改变活塞的行程2.3.1往复泵图图2.12 往复泵特性曲线与工作点往复泵特性曲线与工作点图图2.13旁路调节流量示意旁路调节流量示意定义：属于正位移泵；由一个主动齿轮带动一个从动齿轮运动，来输送液体。特点：扬程较高，流量均匀，结构紧凑，构造简
15、单，价格低廉，运转可靠2.3.2齿轮泵 定义：属于离心正位移式。液体被叶轮吸入，获得离心力，被甩出来，再被旋涡流推动向前运动，获得能量。特点：小流量输送机械，采用旁路回流调节流量；扬程较高，结构紧凑，制造简单2.3.3旋涡泵图图2.14旋涡泵示意图旋涡泵示意图图图2.15各种泵的适用范围各种泵的适用范围2.4气体输送机械2.4.1通风机2.4.2鼓风机 压缩机2.4.3真空泵表压(kPa)压缩比151.1510-3001.1-4100 2设备内为真空;排出压力为大气压12.4.1通风机：离心式通风机机壳气体通道级数叶轮蜗壳矩型低、中压风机圆型高压风机一级多翼式涡轮式叶片数叶片形状风量风压风速特
16、点适用范围多翼式36-64前弯，径向短、宽度大大风量低低功率小、噪音小通风换气、空调设备涡轮式12-24后弯叶片风量可调较高较高效率高应用广泛表表2.1离心式通风机结构离心式通风机结构表表2.2多翼式和涡轮式风机比较多翼式和涡轮式风机比较2.4.1通风机：离心式通风机图图2.16多翼式离心空调风机多翼式离心空调风机图图2.17涡轮式离心通风机涡轮式离心通风机流量流量（风量）：单位时间内流过风机进口的气体体积，Q（m3/s）通风机铭牌上的风量Q0是在标准条件下即1.013105Pa，温度20下的气体体积。全风压:单位体积气体流经风机后获得的总机械能，PtguugppHss221221200/VV
17、qq2.4.1通风机：性能参数22212212uuppgHpsstps表示静压；表示动压；1122dsdstppppp22upd22212212uupppsst2.4.1通风机：性能参数出口全压出口全压进口全压进口全压2112)(ddsstppppp静风压静风压pst动风压动风压pd全风压Pt与气体密度成正比:ttpp例题：有一安装进风管路及出风管路的通风机，由吸入口测得的静压为-368Pa，动压为64Pa，出口静压为186kPa，动压为123Pa，试求通风机的全风压和静风压。解：入口ps1=-368Pa，pd1=64Pa，出口ps2=186Pa，pd2=123Pa，全风压pt=(ps2+pd
18、2)-(ps1+pd1)=(186-123)-(-368+64)=613Pa 静风压pst=pt-pd2=613-123=490Pa 轴功率与效率 特性曲线：在一定转速下，风量Q与全风压pt、静风压pst、轴功率N、效率的四条关系曲线。1000QpNt2.4.1通风机图图2.18离心通风机特性曲线离心通风机特性曲线表表2.3气体输送机械气体输送机械2.4.2鼓风机和压缩机(blower and compressor)2.4.2鼓风机和压缩机(blower and compressor)气体压缩所需外功气体压缩所需外功21112221)(vdpvpvpdvpW)/ln(1211ppvpWiso
19、等温压缩过程等温压缩过程 绝热压缩过程绝热压缩过程)(112TTMRkkWad冷却系统余隙体积(clearance volume)压缩比、多级压缩和排气量关系：压缩级数决定于最终压力和压缩机的排气量（生产能力）2.4.2blower and compressor2.4.2鼓风机和压缩机活塞式速度式气流速度低、损失小、效率高气流速度高，损失大压力范围大，从低压到超高压范围都适用小流量，超高压范围不适应适应性强，排气压力在较大范围内变动时，排气量不变。同一台压缩机可用与压缩不同的气体流量和出口压力的变化由性能曲线决定。若流量小或出口压力过高，机组进入喘振工况而无法运行外型尺寸及重量大，结构复杂，易损件多，排气脉动性大，气体中常混有润滑油外型尺寸及重量小，结构简单，易损件少，排气均匀，无脉动，气体不含油表表2.4：活塞式和速度式压缩机的特点：活塞式和速度式压缩机的特点图图2.19 从气体排出压力、流量选压送机械的类型从气体排出压力、流量选压送机械的类型2.4.3真空泵表表2.5 各类真空泵工作范围和特征各类真空泵工作范围和特征作业：用离心泵从江中取水送入储水池中，池中水面高出水面20m，管路（包括局部阻力的当量长度）为45m。水温为20，管壁相对粗糙度为0.001。要求输水量为20-25m3/h。（1）试选择适当管径。（2）试选择一台离心泵。
